JP4629408B2 - 無線機及びその自動利得制御プログラム - Google Patents

Description

この発明は、例えば業務用トランシーバとして使用される無線機に係わり、特に自動利得制御機能を備えた無線機とその自動利得制御プログラムに関する。

例えば放送局内におけるスタッフ間の通信手段として使用される業務用トランシーバには、スタッフ間の距離やフェージングにより発生する無線信号の受信レベルの変動を一定化するために、自動利得制御（ＡＧＣ：Automatic Gain Control）回路が設けられている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２０００−２２４６７公報

ところが、この種の従来の無線機は、一般にＡＧＣ回路の応答速度が一定値に固定されている。このため、音声通信中の受信レベルの変動に合わせてＡＧＣ回路の応答速度を設定すると、音声通信の開始時のように信号レベルが急速に変化する動作にＡＧＣ回路が追従することができず、送話音声の語頭切れが発生する場合がある。反対に、ＡＧＣ回路の応答速度を音声通信の開始時に合わせて高速度に設定すると、音声通信中の受信レベルの変動に敏感に追従し過ぎてしまい、受話音声が聞き取り難くなって、この場合も受話品質の低下を招く。

この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、無線通信開始時及び無線通信中の両方に対し良好な応答特性を発揮し、これにより受信品質を常に高く保持するようにした無線機とその自動利得制御プログラムを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明に係わる無線機とその自動利得制御プログラムは、受信信号の信号レベルを可変利得増幅器により調整する自動利得制御機能を備える無線機において、上記可変利得増幅器から出力される受信信号の信号レベルを検出する検出回路と、上記検出回路及び可変利得増幅器に接続される制御回路とを備える。そして、上記制御回路は、無線機の動作状態に応じて、予め設定した第１の応答速度で動作する第１の制御モードと、この第１の応答速度より低速の第２の応答速度で動作する第２の制御モードとを択一的に選択する。この選択により、第１の制御モードが選択された場合には、上記検出回路により検出された信号レベルを第１の積分係数で積分し、その積分値をもとに上記可変利得増幅器の制御電圧を生成して可変利得増幅器に与える。一方、上記選択により、第２の制御モードが選択された場合には、上記検出回路により検出された信号レベルを予め設定された遅延時間に渡り上記第１の積分係数より小さい第２の積分係数で積分する。そして、その積分値をもとに上記可変利得増幅器の制御電圧を生成して、この生成された制御電圧を第３の積分係数で積分して平滑したのち上記可変利得増幅器に与えるようにしたものである。

このように構成することにより、無線通信開始時及び無線通信中の両方の動作状態に応じて適切な制御モードが選択されるため、良好な応答特性を発揮できる。これにより受信レベルの変化を吸収して、常に高品質な受話品質を保持することが可能となる。

またこの発明は、次のような構成を備えることも特徴とする。
受信信号の信号レベルを可変利得増幅器により調整する自動利得制御機能を備える無線機において、上記可変利得増幅器から出力される受信信号の信号レベルを検出する。この検出された信号レベルを予め設定された時間に渡り第１の積分係数で積分することにより、遅延処理した積分値を出力する。この遅延処理されて出力された積分値をもとに上記可変利得増幅器の制御電圧を生成する。さらに、生成された制御電圧を第２の積分係数で積分することにより平滑化したのちに出力する。そして、この出力された制御電圧を上記可変利得増幅器に与えるようにしたものである。

このような構成にすると、遅延処理および平滑化処理を独立して制御することが可能であるため、より柔軟に最適な応答特性を設定することができる。

したがってこの発明によれば、無線通信開始時及び無線通信中の両方に対し良好な応答特性を発揮し、これにより受信品質を常に高く保持することが可能な無線機とその自動利得制御プログラムを提供することができる。

図１は、この発明の一実施形態に係わる自動利得制御機能を備えた無線機の構成を示す回路ブロック図である。
この無線機は、アンテナ１と、ＲＦ（Radio Frequency）ユニット２と、ベースバンドモジュール３と、制御ユニット５と、ユーザインタフェース４とを備える。無線回線を介して到来した無線信号は、アンテナ１により受信されたのちＲＦユニット２に入力される。ＲＦユニット２において、上記入力された無線信号は、第１の高周波フィルタ２１により不要波成分を除去されたのち、可変利得増幅器からなる第１の高周波増幅器２２により増幅される。そして、この増幅された無線信号は、第２の高周波フィルタ２３を介して第２の高周波増幅器２４でさらに増幅されたのち、第１のミキサ２５に入力される。

第１のミキサ２５では、上記入力された無線信号が第１局部発振信号とミキシングされ、これにより第１中間周波信号に周波数変換される。上記第１のミキサ２５で出力された第１中間周波信号は、中間周波フィルタ２６により不要波成分を除去されたのち第２のミキサ２７に入力される。そして、この第２のミキサ２７において第２局部発振信号とミキシングされて、上記第１中間周波信号よりもさらに周波数が低い第２中間周波信号に変換される。この変換された第２中間周波信号は、可変利得増幅器からなる中間周波増幅器２８により増幅されたのちベースバンドモジュール３に入力される。なお、上記第１及び第２の局部発振信号は例えば周波数シンセサイザからなるローカルオシレータ（ＬＯ）２９により生成される。

ベースバンドモジュール３では、上記入力された第２中間周波信号に対して先ず復調処理が行われ、これにより受信ベースバンド信号が再生される。そして、この再生された受信ベースバンド信号に対し復号処理が行われ、これにより受信データが再生される。再生された受信データはアナログ信号に変換されたのちユーザインタフェース４に入力される。ユーザインタフェース４はスピーカ及びＬＣＤ表示器を備え、上記入力された受信信号をスピーカから出力する。

またベースバンドモジュール３は受信レベル検出器を備える。そして、この受信レベル検出器において、上記ＲＦユニット２から入力された第２中間周波信号から受信信号強度を一定のサンプリング周期で検出し、検出された受信信号強度を示す受信信号強度表示信号（ＲＳＳＩ：Received Signal Strength Indicator）を制御ユニット５へ出力する。

制御ユニット５は、中央処理ユニット（ＣＰＵ：Central Processing Unit）５１及びディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器５２を備える。ＣＰＵ５１は、無線機の動作状態に応じて、ＡＧＣ制御モードを高速モードと低速モードのいずれかに設定する。そして、この設定されたモードごとに、上記ベースバンドモジュール３から出力されたＲＳＳＩをもとに異なるアルゴリズムで演算を行ってＡＧＣ制御電圧（ディジタル信号）を算出し、算出されたＡＧＣ制御電圧（ディジタル信号）をＤ／Ａ変換器５２に出力する。

Ｄ／Ａ変換器５２は、上記ＣＰＵ５１から出力されたＡＧＣ制御電圧（ディジタル信号）をもとに異なる比率の第１及び第２のＡＧＣ制御電圧（アナログ信号）ＡＧＣ１及びＡＧＣ２をそれぞれ生成し、この生成された第１及び第２のＡＧＣ制御電圧（アナログ信号）ＡＧＣ１及びＡＧＣ２をそれぞれ中間周波増幅器２８及び第１の高周波増幅器２２に供給する。

次に、以上のように構成された無線機におけるＡＧＣ動作について説明する。図２は、ＣＰＵ５１におけるＡＧＣ制御電圧の設定処理手順とその処理内容を示すフローチャートである。
アンテナ１により無線信号が受信されると、ＲＦユニット２においてダウンコンバートされた第２中間周波信号がベースバンドモジュール３に入力される。ベースバンドモジュール３では、上記入力された第２中間周波信号に対して復調及び復号処理が行われると共に、一定のサンプリング周期で信号強度が検出され、この検出された受信信号強度を示すＲＳＳＩがＣＰＵ５１へ出力される。

これに対しＣＰＵ５１は、上記ベースバンドモジュール３から出力されたＲＳＳＩをステップＳ２ａで取り込む。またそれと共に、ステップＳ２ｂにおいて無線機の動作状態をもとにＡＧＣ制御モードとして「高速モード」を設定するか「低速モード」を設定するかを決定する。例えば、音声通信開始時やハンドオフが行われる立ち上がり時のように高速応答性が要求される場合には「高速モード」が設定する。これに対し、定常受信動作期間のようにマルチパスフェージング等による受信信号レベルの急速な変化を吸収する必要がある場合には、「低速モード」を設定する。

例えば、通信の開始に伴い、上記ステップＳ２ｂにおいて「高速モード」が設定されたとする。この場合ＣＰＵ５１はステップＳ２ｃに移行して、以下のように高速モード処理を実行する。図３は、高速モードにおけるＡＧＣ制御電圧の算出処理手順とその処理内容を示すフローチャートである。

すなわち、ＣＰＵ５１は先ずステップＳ３ａにおいて、高速度の引き込みに必要な積分係数αを設定する。次に、この設定された積分係数αに従いステップＳ３ｂにおいて積分処理を実行する。図５はこの積分処理の処理内容の一例を示すものである。例えば、高速モードにおいては積分係数αを例えばα＝０．９５に設定する。そして、入力された現在のＲＳＳＩに対して重み付け器６１により積分係数αの重み付けを行うと共に、遅延器６２により遅延された１サンプル周期前の積分出力に対し重み付け器６３により積分係数１−αの重み付けを行う。続いて、上記重み付けされた現在のＲＳＳＩを、上記１サンプル周期前の重み付けされた積分出力に加算器６４で加算し、この加算後の値を新たな積分出力とする。そして、ステップＳ３ｃにより、上記算出された新たな積分出力をもとにＡＧＣ制御電圧（ディジタル信号）を計算する。

上記高速モードによる積分処理が終了するとＣＰＵ５１は、次にステップＳ２ｅに移行し、ここで上記計算されたＡＧＣ制御電圧をもとに第１及び第２のＡＧＣ制御電圧ＡＧＣ１，ＡＧＣ２の値を設定する。この第１及び第２のＡＧＣ制御電圧ＡＧＣ１，ＡＧＣ２の値は、例えば上記計算されたＡＧＣ制御電圧の値に対し１：６に設定される。この設定された各制御電圧ＡＧＣ１，ＡＧＣ２はＤ／Ａ変換器５２に与えられる。

Ｄ／Ａ変換器５２は、上記ＣＰＵ５１から与えられた第１及び第２のＡＧＣ制御電圧ＡＧＣ１，ＡＧＣ２をそれぞれアナログ信号に変換したのち、それぞれ中間周波増幅器２８及び第１の高周波増幅器２２に供給する。
かくして、音声通信開始時やハンドオフ開始時のように高速応答性が要求される動作状態では、積分係数α＝０．９５を使用した高速モードによるＡＧＣ制御が行われる。

一方、無線機の受信動作状態が定常状態に移行し、これに伴い上記ステップＳ２ｂにおいて「低速モード」が設定されたとする。この場合ＣＰＵ５１はステップＳ２ｄに移行して、以下のように低速モード処理を実行する。図４は、低速モードにおけるＡＧＣ制御電圧の算出処理手順とその処理内容を示すフローチャートである。低速モードにおける処理は、遅延処理と平滑化処理とから構成される。

すなわち、ＣＰＵ５１は先ずステップＳ４ａにおいて、遅延処理に必要な積分係数αと遅延時間を表すカウント値ｎの上限値（例えばｎ＝１０）を設定する。次に、ステップＳ４ｂでカウンタをリセットした後、このカウンタの値が上記遅延時間に相当する値に達するまで、ステップＳ４ｉ、ステップＳ４ｊ及びステップＳ４ｃ〜ステップＳ４ｅによる遅延処理を繰り返す。

すなわち、先ずステップＳ４ｂにおいてカウント値ｎを０に初期化する。次にステップＳ４ｉによりＲＳＳＩを取り込むと共に、ステップＳ４ｊにより無線機の動作状態をもとに低速モードを継続すべきか否かを判定する。この判定の結果、低速モードを継続すべきであれば、ステップＳ４ｃに移行して、上記取り込んだＲＳＳＩを先にステップＳ４ａで設定された積分係数に従って積分処理を行う。このとき積分係数αは例えば０．０５に設定され、この積分係数α＝０．０５に従い図５に示した積分処理が行われる。続いてステップＳ４ｄにおいてカウント値ｎを１だけ加算する。そして、ステップＳ４ｅにおいてカウント値ｎが上限値（ｎ＝１０）に達したか否かの判定を行う。この判定の結果、カウント値ｎが上限値に達していなければステップＳ４ｃに戻って上記ステップＳ４ｃ〜ステップＳ４ｅを繰り返す。

これに対し、カウント値が上限値（ｎ＝１０）に達すると、ＣＰＵ５１はステップＳ４ｆに移行し、ここで上記算出された積分出力をもとにＡＧＣ制御電圧（ディジタル信号）を計算する。なお、上記遅延処理の実行中にステップＳ４ｊにおいて高速モードと判定された場合は、直ちに高速モードに移行し、ステップＳ４ｋにより先に述べた高速モード処理を実行する。

次にＣＰＵ５１は、ステップＳ４ｇ〜ステップＳ４ｈにより、以下のようにＡＧＣ制御電圧の平滑化処理を行う。すなわち、先ずステップＳ４ｇにおいて、上記計算されたＡＧＣ制御電圧（ディジタル信号）に対し平滑化処理に必要な積分係数を設定する。続いてステップＳ４ｈにおいて、上記設定された積分係数に従って積分処理を行う。この積分処理についても先に図５で述べた処理と同様に行われる。ただし、この場合積分係数αは例えば０．０５に設定される。

上記低速モードにおける遅延処理及び平滑化処理が終了するとＣＰＵ５１は、次にステップＳ２ｅに移行し、ここで上記計算されたＡＧＣ制御電圧をもとに第１及び第２のＡＧＣ制御電圧ＡＧＣ１，ＡＧＣ２を設定する。この場合も、先に述べた高速モードの場合と同様に、第１及び第２のＡＧＣ制御電圧ＡＧＣ１，ＡＧＣ２の値は上記計算されたＡＧＣ制御電圧の値に対し１：６に設定される。この設定された各制御電圧ＡＧＣ１，ＡＧＣ２はＤ／Ａ変換器５２に与えられる。

かくして、無線機の受信動作状態が定常状態に移行したのちには、ＲＳＳＩに対する遅延処理と、計算されたＡＧＣ制御電圧に対する平滑化処理を使用した低速モードによるＡＧＣ制御が行われる。

以上述べたようにこの実施形態では、ＣＰＵ５１において、無線機の動作状態に応じてＡＧＣ制御モードを高速モードと低速モードのいずれかに設定する。そして、高速モードを設定したときには、積分係数α＝０．９５によりＲＳＳＩを積分処理し、その積分出力をもとにＡＧＣ制御電圧（ディジタル信号）を算出して、このＡＧＣ制御電圧をもとに中間周波増幅器２８及び第１の高周波増幅器２２の利得を制御している。一方低速モードを設定したときには、ＲＳＳＩに対し遅延処理を行ったのちその積分出力をもとにＡＧＣ制御電圧を計算し、さらにこの計算されたＡＧＣ制御電圧に対し平滑化処理を行う。そして、この平滑化処理後のＡＧＣ制御電圧をもとに中間周波増幅器２８及び第１の高周波増幅器２２の利得を制御している。

したがって、音声通信開始時やハンドオフ開始時のように高速応答性が要求される動作状態では、積分係数α＝０．９５を使用した高速モードによるＡＧＣ制御が行われ、これにより送話音声の語頭切れ等を生じることなく高品質の音声通信が可能となる。一方無線機の受信動作状態が定常状態に移行したのちには、低速モードが設定されて、ＲＳＳＩに対する遅延処理と、ＡＧＣ制御電圧に対する平滑化処理とを組み合わせることで、急速な受信レベル変化に追従せず、安定な受信レベル制御を実現できる。このため、フェージング等による受信レベルの変化を吸収して高品質な受話品質を保持できる。

しかも低速モードでは、上記したようにＲＳＳＩに対する遅延処理と、ＡＧＣ制御電圧に対する平滑化処理とが独立して制御可能であるため、より柔軟に最適な応答特性を設定することができる。
さらに、この実施形態ではＡＧＣ制御処理をＣＰＵ５１によるソフトウエア処理で実現している。このため、ＡＧＣ制御のための種々パラメータを比較的容易に変更することが可能であり、無線機の機種ごとに或いは無線機の使用形態等に応じて最適なＡＧＣ制御特性を容易に設定できる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、高速モードと低速モードのどちらかを採用するように構成したが、上記２つのモードに限らず、無線機の動作状態に応じて中速モード等の他のモードを増やしてもよい。また、前記実施形態ではＡＧＣ制御をＣＰＵ５１によるソフトウエア処理で実現したが、ハードウエアにより実現してもよい。
その他、無線機の種類や無線ユニットの回路構成、ＡＧＣ制御電圧の算出手順及び処理内容等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明の一実施形態に係わるＡＧＣ機能を備えた無線機に設けられる無線変復調部の構成を示す回路ブロック図。 図１に示す無線機におけるＡＧＣ制御電圧設定の処理手順と処理内容を示すフローチャート。 図２に示した高速モード処理手順と処理内容を示すフローチャート。 図２に示した低速モード処理手順と処理内容を示すフローチャート。 図３および図４に示した積分処理の処理内容の一例を示す図。

符号の説明

１…アンテナ、２…ＲＦユニット、２１…第１の高周波フィルタ，２２…第１の高周波増幅器、２３…第２の高周波フィルタ，２４…第２の高周波増幅器、２５…第１のミキサ、２６…中間周波フィルタ、２７…第２のミキサ、２８…中間周波増幅器、２９…ローカルオシレータ、３…ベースバンドモジュール、４…ユーザインタフェース、５…制御ユニット、５１…ＣＰＵ、５２…Ｄ／Ａ変換器、６１…重み付け器、６２…遅延器、６３…重み付け器、６４…加算器。

Claims (2)

1. 受信信号の信号レベルを可変利得増幅器により調整する自動利得制御機能を備える無線機であって、
   前記可変利得増幅器から出力される受信信号の信号レベルを検出する検出回路と、
   前記検出回路及び可変利得増幅器に接続される制御回路と
   を具備し、
   前記制御回路は、
   無線機の動作状態に応じて、予め設定した第１の応答速度で動作する第１の制御モードと、前記第１の応答速度より低速の第２の応答速度で動作する第２の制御モードとを択一的に選択する手段と、
   前記第１の制御モードが選択された場合には、前記検出回路により検出された信号レベルを第１の積分係数で積分し、その積分値をもとに前記可変利得増幅器の制御電圧を生成して前記可変利得増幅器に与える手段と、
   前記第２の制御モードが選択された場合には、前記検出回路により検出された信号レベルを前記第１の積分係数より小さい第２の積分係数で積分し積分回数をカウントし、前記カウントした積分回数が遅延時間に相当する所定回数に達したときにその積分値をもとに前記可変利得増幅器の制御電圧を生成して、この生成された制御電圧を平滑化処理に必要な第３の積分係数で積分して平滑したのち前記可変利得増幅器に与える手段と
   を備えることを特徴とする無線機。
2. 受信信号の信号レベルを調整する可変利得増幅器と、この可変利得増幅器から出力される受信信号の信号レベルを検出する検出回路と、この検出回路及び前記可変利得増幅器に接続されるプロセッサとを備える無線機において使用される自動利得制御プログラムであって、
   無線機の動作状態に応じて、予め設定した第１の応答速度で動作する第１の制御モードと、前記第１の応答速度より低速の第２の応答速度で動作する第２の制御モードとを択一的に選択する処理と、
   前記第１の制御モードが選択された場合には、前記検出回路により検出された信号レベルを第１の積分係数で積分し、その積分値をもとに前記可変利得増幅器の制御電圧を生成して前記可変利得増幅器に与える処理と、
   前記第２の制御モードが選択された場合には、前記検出回路により検出された信号レベルを前記第１の積分係数より小さい第２の積分係数で積分し積分回数をカウントし、前記カウントした積分回数が遅延時間に相当する所定回数に達したときにその積分値をもとに前記可変利得増幅器の制御電圧を生成して、この生成された制御電圧を平滑化処理に必要な第３の積分係数で積分して平滑したのち前記可変利得増幅器に与える処理と
   を、前記プロセッサに実行させる自動利得制御プログラム。

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